CN110369909B - 一种含Ga和In的低银无镉银钎料 - Google Patents

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Abstract

一种含Ga和In的低银无镉银钎料,属于金属材料类的钎焊材料领域。化学组成按质量百分数配比为:Ag15.5%~16.5%,Cu39%~41%,Ga0.2%~0.4%,In0.2%~0.4%,Zr0.003%~0.008%,Be0.0003%~0.0008%,余量为Zn,其中Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。不仅具有流动性和润湿性好,焊点强度高且塑性优良而有利于加工成直径为0.5~1.2mm的细丝等长处,还具有与BAg20CuZnCd以及BAg25CuZn钎料接近的熔化温度范围,可代BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料,避免因钎焊温度过高引起工件氧化、钎焊接头强度下降等问题。

Description

一种含Ga和In的低银无镉银钎料
技术领域
本发明属于金属材料类的钎焊材料技术领域,具体涉及一种含Ga和In的低银无镉银钎料。
背景技术
已有技术中使用的BAg20CuZnCd、BAg25CuZn钎料,由于BAg20CuZnCd其化学成分中含Cd元素,BAg25CuZn钎料Ag含量偏高,虽然在配合助焊剂(如FB102钎剂)时钎焊性能优良,但是满足不了家电行业五金制品(特别是灯饰、卫浴产品)市场竞争的需要,急需开发出银含量在16%左右、熔点适中、塑性优良的银钎料,以在保证产品高质量连接的同时降低生产成本。
本申请人进行了文献检索,在已公开的中国专利文献中虽然见诸有低银无镉银钎料的技术信息,略以例举的如CN101716702A推荐的“多元合金无镉低银钎料”、CN101347871提供的“一种低银钎料在电机转子的端环与导条钎焊工艺中的应用”和CN102416530A披露的“无镉低银钎料及其制备方法”,等等。但是,并不限于这些文献公开的低银无镉银钎料其银含量均在16.0%~40%范围,更具体地讲均不属于“银含量在16%左右、钎料熔点接近BAg20CuZnCd”的低银无镉银钎料或BAg25CuZn钎料范畴;CN201611157535.5推荐的“一种低镉银钎料”,Ag含量降低至13.5%~16.0%,但是其含有0.05%~0.13%的Cd,不适宜用于与人体密切接触的产品如灯饰、卫浴产品的钎焊。因此,现有银钎料无法满足在“不改变现有生产工艺的条件下”在与人们生活密切相关的卫浴洁具、灯饰等产品的制造上替代BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料。为此,本申请人进行了大量的探索并且有益的试验,下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有良好的流动性、润湿性、焊点强度高并且塑性优异的既可替代BAg20CuZnCd及BAg25CuZn钎料又能满足对卫浴洁具及灯饰之类的产品钎焊要求的含Ga和In的低银无镉银钎料。
本发明的任务是这样来完成的,一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于,其化学组成按质量百分数配比为:Ag15.5%~16.5%,Cu39%~41%,Ga0.2%~0.4%,In0.2%~0.4%,Zr0.003%~0.008%,Be0.0003%~0.0008%,余量为Zn,其中,Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其化学组成按质量百分数配比为:
Ag15.5%,Cu41%,Ga0.3%,In0.3%,Zr0.008%,Be0.0008%,余量为Zn,其中,Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其化学组成按质量百分数配比为:
Ag16.5%,Cu39%,Ga0.5%,In0.5%,Zr0.003%,Be0.0003%,余量为Zn,其中,Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其化学组成按质量百分数配比为:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,In0.4%,Zr0.005%,Be0.0005%,余量为Zn,其中, Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其化学组成按质量百分数配比为:
Ag15.8%,Cu39.5%,Ga0.35%,In0.35%,Zr0.006%,Be0.0006%,余量为Zn,其中, Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其化学组成按质量百分数配比为:
Ag16.2%,Cu40.2%,Ga0.45%,In0.45%,Zr0.007%,Be0.0007%,余量为Zn,其中, Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
本发明提供的技术方案相对于已有技术中的BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料而言,不仅具有流动性和润湿性好,焊点强度高并且塑性优良而有利于加工成直径为0.5~1.2mm的细丝等长处,而且还具有与BAg20CuZnCd以及BAg25CuZn钎料接近的熔化温度范围,而得以替代BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料,并且还可避免因钎焊温度过高引起工件氧化、钎焊接头强度下降等问题,特别适用于对诸如卫浴洁具、灯饰之类的产品的钎焊。
具体实施方式
本发明方案主要解决了下述两个关键技术问题:1)发明的含Ga和In的低银无镉银钎料,具有流动性好、焊点强度高、塑性优良等特点,同时,可方便地轧制成焊片、制备成焊环等型材,特别是可以方便地制备成直径为0.5~1.2mm的细丝,以适用于灯饰、卫浴洁具产品的钎焊;2)通过在含Ga和In的低银无镉银钎料中加入适量的Ga、In、Zr和Be元素,同时通过上述元素的“含量优化组合”与“比例优化调整”,使得银钎料在紫铜、黄铜、镍基合金、以及钢与不锈钢上均具有优良的“润湿性能”,较低的且接近BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料的熔化温度,因此,特别适用于对诸如卫浴洁具和灯饰之类的与人们生活密切相关的并且与人体密切接触的产品的钎焊。
在生产工艺上,使用符合国家标准的市售银锭、阴极铜、锌锭、金属镓、金属钕、铍铜、锆铜合金,按需要配比,采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸,然后通过挤压、拉拔,即得到所需要的钎料丝材。新发明的含Ga和Nd的低银无镉银钎料,可替代BAg20CuZnCd或BAg25CuZn等钎料,具有流动性好、润湿性好,焊点强度高、塑性优良等特点,同时,可方便地轧制成焊片、制备成焊环等型材,特别是可以方便地制备成直径为0.5~1.2mm的细丝。上述工艺与现有工艺相比,基本上没有增加设备投入,因此,生产成本没有增加,从而提高了新发明钎料的市场竞争力。
与以往研究相比,本发明提供的技术方案的创造性在于:
1、研究发现了微量Zr与Be元素的“协同作用”。
GB/T 5231-2001《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》表3(续)中序号为19~25的铍青铜,其铍(Be)的加入量在0.2%~2.1%。百度搜索“铍青铜”,给出的“第一段”介绍即为:“以铍作为主要合金组元的一种无锡青铜。含有1.7%~2.5%铍及少量镍、铬、钛等元素,经过淬火时效处理后,强度极限可达1250~1500MPa,接近中等强度钢的水平。在淬火状态下塑性很好,可以加工成各种半成 品。铍青铜具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性,还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性,受冲击时不产生火花,广泛用作重要的弹性元件、耐磨零件和防爆工具等。常用牌号有QBe2、 QBe2.5、QBe1.7、QBe1.9等。”。
同样,GB/T 5231-2001《加工铜及铜合金化学成分和产品形状》表3(续)中序号为32~33的锆青铜,其锆(Zr)的加入量在0.15%~0.5%。采用百度搜索“锆青铜”,给出的“第一段”介绍即为:“以锆为主要合金元素的一类特殊青铜。为提高强度有时加入少量锆。常见牌号有QZr0.2和QZr0.4。有良好的热强性和抗蠕变性能,高温下有较好的塑性和导电性。熔融法制备。主要用作电阻焊接零件、高强度电极材料等。锆青铜由于具有很高的导电性、导热性,易于加工等特点, 越来越广泛地被用于钢铁工业的冶炼、轧制等主体设备的配套部分上。”。
作为钎焊材料,在需要钎焊的材料上(本发明主要针对紫铜、黄铜、镍基合金、钢、不锈钢)具有流动性好、润湿性好,焊点强度高、钎料自身塑性优良,即满足钎焊的基本要求。此外,钎料的熔化温度范围,也是重点考虑的技术指标之一。显然,以Ag-Cu-Zn为基体合金的银钎料既不需要具有像铍青铜那样高达1250~1500MPa的强度极限和弹性极限,也不需要具有像铍青铜那样良好的热强性。恰恰相反,银钎料更需要的是在“尽可能低”的固相线与液相线温度前提下具有“适当的”物理、力学性能与之相匹配。
试验发现,在Ag15.5%~16.5%的银钎料中,在多元微量合金元素共存时,极其微量的Zr元素即可显著地提高银钎料的力学性能,为了使银钎料的力学性能与其应用要求相匹配,Zr元素的添加量应该尽可能地少,以控制在0.003%~0.008%范围最佳;Be元素的作用较Zr元素更加显著,试验发现,在银钎料中,Be的添加量应该控制在几个ppm才能够起到“弊大于利”的效果。试验优化的结果为添加量控制在0.0003%~0.0008%最佳。当Zr︰Be=10︰1时,本发明的钎料具有最佳的焊点强度、优良的钎料塑性。由于灯饰、卫浴洁具产品钎焊连接点复杂、细微,需要“细小”的钎料丝材,而塑性优良的钎料有利于加工成直径为0.5~1.2mm的细丝,本技术方案正好解决了银钎料细丝加工易断丝、效率低、成本高的难题,提高了产品的市场竞争力。
2、研究发现了微量Ga、In对低银银钎料熔化温度、润湿性能和流动性能的影响规律。
最新有效版本GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续)中Ag-Cu-Zn钎料中,BAg45CuZn钎料的熔化温度范围最低,固相线温度为645℃,液相线温度为745℃;Ag-Cu-Zn-Sn钎料中,BAg56CuZnSn钎料的固相线温度为620℃,液相线温度为655℃;BAg60CuSn钎料的固相线温度为600℃,液相线温度为730℃。由此可见,在无镉银钎料中,并不是Ag含量越高,银钎料的固相线温度、液相线温度越低。银钎料的固相线、液相线温度与Ag-Cu-Zn或Ag-Cu-Zn-Sn合金相图的影响因素——元素及其合金的物理性能、冶金行为、化学反应有关,且影响因素非常复杂。本申请的发明目的是研发一种Ag含量为15.5%~16.5%的银钎料,在使之具有“尽可能低”的固相线与液相线温度前提下,具有“适当的”物理、力学性能与之相匹配的、满足卫浴洁具、灯饰等产品钎焊要求的新型低银无镉银钎料。
已有的研究表明,Ga元素能够显著降低银钎料的熔化温度。大量试验结果表明,Ga元素在低银无镉银钎料中的添加量在≤4%的范围,对低银无镉银钎料的熔化温度的影响均呈线性下降关系且对钎料的物理、力学性能没有负面影响。
但是,由于Ga属于稀贵金属,其价格与Ag价相当或略高,添加过多,钎料成本上升,“降银效果”不显著。此外,较高含Ga量(1%~4%)的银钎料对于黄铜-黄铜、黄铜-钢的润湿性较BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料差。可见,如果原材料成本未显著降低,新钎料的润湿性能变差,就失去了研发新钎料的意义;但是,如果Ga的添加量太少,则起不到显著降低新钎料熔化温度的作用。如何解决添加Ga的银钎料对于黄铜-黄铜、黄铜-钢的润湿性较BAg20CuZnCd或BAg25CuZn钎料差的新难题也是本发明需要重点考虑的问题。
20世纪末期的研究表明,In元素添加到银钎料中可以显著降低银钎料的熔化温度且能提高银钎料的润湿、铺展性能,对钎焊接头力学性能具有“正面”影响,因此,基于当时的金属铟价格低于白银,在修订GB/T 10046-2000《银钎料》标准的过程中,在GB/T 10046-1988基础上,增加了3种“含铟钎料”。但是,在推广应用过程中,很快就发现,含In银钎料对于紫铜的润湿性能不好,特别是在冰箱生产时钎焊量最大的“紫铜-邦迪管”的钎焊时,无法满足冰箱流水线作业进度要求,从而使得含In银钎料“昙花一现”,很快又被冰箱生产线应用市场淘汰。
本申请人作为GB/T 10046-2000《银钎料》标准的起草单位之一,对于上述问题进行深入研究发现,添加金属In的银钎料虽然对紫铜的润湿性能较差,但是,对黄铜、镍基合金、钢的润湿性能优良;进一步研究发现,“含Ga银钎料”对黄铜的润湿性能较差,但是对紫铜的润湿性能优良。由于Ga和In属于“同一主族”元素,如果同时添加微量的Ga、In元素,有可能会产生“协同效应”,在显著降低低银无镉银钎料熔化温度的同时,能够改善甚至消除“含Ga、In银钎料”在钎焊紫铜、黄铜等材料时润湿性差的难题。经过本发明人的系统、细致、深入的研究,发现同时添加1︰1的Ga、In,可以使银钎料同时在紫铜、黄铜、镍基合金、钢及不锈钢表面具有优良的润湿、铺展性能。经过成分优化确定,Ga、In的添加量分别为0.2%~0.4%时效果最佳。此时,银钎料既具有优良的“润湿性、流动性”,又具有优良的“钎焊接头力学性能”。
体现上述技术效果的本发明的含Ga和In的低银无镉银钎料的具体的实施例如下。
实施例1:
Ag15.5%,Cu41%,Ga0.3%,In0.3%,Zr0.008%,Be0.0008%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为665℃±10℃,液相线温度为760℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度略高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是显著低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能优良。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=220±25MPa,τ=210±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=230±25MPa,τ=210±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=340±25MPa,τ=335±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=360±25MPa,τ=355±30MPa),优于BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据。
在具体的制备上,使用市售的银锭、阴极铜、锌锭、金属镓、金属铟、铍铜、锆铜合金,按需要配比,采用常规的中频冶炼炉冶炼、浇铸,然后通过挤压、拉拔,即得到所需要的钎料丝材。新发明的含Ga、In的低银无镉银钎料,可替代BAg20CuZnCd、BAg25CuZn等钎料,具有流动性好、润湿性好,焊点强度高、塑性优良等特点,同时,可方便地轧制成焊片、制备成焊环等型材,特别是可以方便地制备成直径为0.5~1.2mm的细丝,以适用于灯饰、卫浴产品的钎焊。
实施例2:
Ag16.5%,Cu39%,Ga0.5%,In0.5%,Zr0.003%,Be0.0003%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为665℃±10℃,液相线温度为760℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度略高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是显著低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能优良。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=220±25MPa,τ=210±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=230±25MPa,τ=210±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=340±25MPa,τ=335±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=360±25MPa,τ=355±30MPa),优于BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据。其余同对实施例1的描述。
实施例3:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,In0.4%,Zr0.005%,Be0.0005%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为665℃±10℃,液相线温度为760℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度略高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是显著低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能优良。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=220±25MPa,τ=210±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=230±25MPa,τ=210±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=340±25MPa,τ=335±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=360±25MPa,τ=355±30MPa),优于BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据。其余同对实施例1的描述。
实施例4:
Ag15.8%,Cu39.5%,Ga0.35%,In0.35%,Zr0.006%,Be0.0006%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为665℃±10℃,液相线温度为760℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度略高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是显著低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能优良。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=220±25MPa,τ=210±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=230±25MPa,τ=210±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=340±25MPa,τ=335±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=360±25MPa,τ=355±30MPa),优于BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据。其余同对实施例1的描述。
实施例5:
Ag16.2%,Cu40.2%,Ga0.45%,In0.45%,Zr0.007%,Be0.0007%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为665℃±10℃,液相线温度为760℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度略高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是显著低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能优良。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=220±25MPa,τ=210±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=230±25MPa,τ=210±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=340±25MPa,τ=335±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=360±25MPa,τ=355±30MPa),优于BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据。其余同对实施例1的描述。
对比例1:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,In0.5%,Zr0.005%,Be0.0005%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰0.8,Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为670℃±10℃,液相线温度为770℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性较好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能良好。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=210±25MPa,τ=205±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=220±25MPa,τ=200±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=330±25MPa,τ=330±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=350±25MPa,τ=345±30MPa),与BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据相近,但是,低于实施例1至实施例5的结果。
对比例2:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,In0.04%,Zr0.004%,Be0.0005%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=1︰8。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为670℃±10℃,液相线温度为770℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性较好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能良好。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=210±25MPa,τ=205±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=220±25MPa,τ=200±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=330±25MPa,τ=330±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=350±25MPa,τ=345±30MPa),与BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据相近,但是,低于实施例1至实施例5的结果。
对比例3:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,In0.5%,Zr0.004%,Be0.0005%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰0.8,Zr︰Be=1︰8。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为670℃±10℃,液相线温度为770℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性较好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能良好。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=210±25MPa,τ=205±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=220±25MPa,τ=200±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=330±25MPa,τ=330±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=350±25MPa,τ=345±30MPa),与BAg20CuZnCd钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据相近,但是,低于实施例1至实施例5的结果。
从对比例1至对比例3的试验结果可以看出,微量的Ga、In、Zr、Be元素的添加量、各元素之间的比值对钎料的物理性能、钎缝力学性能均有显著影响,说明Zr与Be元素的“协同作用”、 Ga与In元素产生“协同效应”的效果明显,特别是在保证Ga︰In=1︰1、Zr︰Be=10︰1的“比例关系”时钎料的性能最佳。
对比例4:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,Zr0.005%,Be0.0005%,余量为Zn,其中,微量合金元素Zr︰Be=10︰1。
上述成分配比得到的不含Nd的低银无镉银钎料,其固相线温度为675℃±10℃,液相线温度为765℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性一般,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能良好。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=190±25MPa,τ=185±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=220±25MPa,τ=200±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=300±25MPa,τ=310±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=350±25MPa,τ=345±30MPa)。
从上述数据可以看出,不含In的新钎料与黄铜的“润湿、铺展性能”较差,在配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、铜-镍基合金时,钎焊接头力学性能数据明显低于实施例1至实施例5;钎焊紫铜-镍基合金、黄Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能数据相近,但是,仍然低于实施例1至实施例5的结果。试验结果不仅验证了“含Ga银钎料”对紫铜润湿性能好但对黄铜润湿性能差的特点,还验证了“Ga-In协同效应”的存在而且能够“互补”,从而使得含Ga、In银钎料对紫铜、黄铜均具有同样优良的润湿、铺展性能。
对比例5:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.5%,In0.5%,Zr0.004%,余量为Zn,其中,微量合金元素Ga︰In=1︰1。
上述成分配比得到的“含Ga、In的低银无镉银钎料”其固相线温度为665℃±10℃,液相线温度为760℃±10℃(均考虑了测定误差)。固相线温度略高于BAg20CuZnCd的605℃,但是低于BAg25CuZn的700℃;液相线温度与BAg20CuZnCd的的765℃相当,但是显著低于BAg25CuZn的790℃(参见GB/T 10046-2018《银钎料》表1(续))。钎焊时,钎料流动性好,对紫铜、黄铜(特别是HPb58-2、HPb58-3、HPb57-4黄铜)、镍基合金、钢(如Q235、Q345钢)、304不锈钢等母材的润湿性能优良。
使用火焰钎焊方式,配合FB102钎剂,钎焊母材为下列组合时的钎缝强度见括号内数据:紫铜-黄铜(HPb58-3黄铜,下同)(σb=200±25MPa,τ=190±30MPa)、紫铜-镍基合金(σb=210±25MPa,τ=190±30MPa)、黄铜-镍基合金(σb=320±25MPa,τ=315±30MPa),Q235钢-304不锈钢(σb=340±25MPa,τ=335±30MPa)。
从上述数据可以看出,不含Be的新钎料配合助焊剂(如FB102钎剂)钎焊紫铜-黄铜、紫铜-镍基合金、黄铜-镍基合金、Q235钢-304不锈钢时的钎焊接头力学性能显著低于实施例1至实施例5的钎焊接头力学性能。
此外,不含Be的银钎料在“细丝”钎料制备过程中,易发生“断丝”现象,银钎料的塑性显著下降,钎料丝径小于0.8mm时,“断丝”现象非常严重,在丝径小于0.6mm时,几乎很难拉拔成0.5mm的细丝。

Claims (6)

1.一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于,其化学组成按质量百分数配比为:Ag15.5%~16.5%,Cu39%~41%,Ga0.2%~0.4%,In0.2%~0.4%,Zr0.003%~0.008%,Be0.0003%~0.0008%,余量为Zn,其中,Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
2.根据权利要求1所述的一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于其化学组成按质量百分数配比为:
Ag15.5%,Cu41%,Ga0.3%,In0.3%,Zr0.008%,Be0.0008%,余量为Zn,其中,Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
3.根据权利要求1所述的一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于其化学组成按质量百分数配比为:
Ag16.5%,Cu39%,Ga0.5%,In0.5%,Zr0.003%,Be0.0003%,余量为Zn,其中,Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
4.根据权利要求1所述的一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于其化学组成按质量百分数配比为:
Ag16.0%,Cu40%,Ga0.4%,In0.4%,Zr0.005%,Be0.0005%,余量为Zn,其中, Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
5.根据权利要求1所述的一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于其化学组成按质量百分数配比为:
Ag15.8%,Cu39.5%,Ga0.35%,In0.35%,Zr0.006%,Be0.0006%,余量为Zn,其中, Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
6.根据权利要求1所述的一种含Ga和In的低银无镉银钎料,其特征在于其化学组成按质量百分数配比为:
Ag16.2%,Cu40.2%,Ga0.45%,In0.45%,Zr0.007%,Be0.0007%,余量为Zn,其中, Ga︰In=1︰1,Zr︰Be=10︰1。
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